FR2794116A1 - ZEOLITHE IM-5 WITH PHOSPHORUS, CATALYTIC COMPOSITION, ITS PREPARATION AND ITS USE IN CATALYTIC CRACKING - Google Patents
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Abstract
On décrit une zéolithe IM-5 modifiée en ajoutant du phosphore, éventuellement désaluminée, de préférence sous forme aluminosilicique, contenant au plus 10% en poids de phosphore, une composition la contenant, ses procédés de préparation et son application au craquage catalytique de charges hydrocarbonées.An IM-5 zeolite modified by adding phosphorus, optionally dealuminated, preferably in aluminosilicon form, containing at most 10% by weight of phosphorus, is described, a composition containing it, its preparation processes and its application to the catalytic cracking of hydrocarbon feedstocks. .
Description
l La présente invention concerne une zéolithe dénommée IM-5 modifiée enThe present invention relates to a zeolite called IM-5 modified in
ajoutant du phosphore, éventuellement débarrassée en partie de métal Ti, B, Fe, Ga ou AI, une composition catalytique la contenant, sa préparation et son utilisation notamment dans un procédé de craquage catalytique d'une charge hydrocarbonée. Plus précisément, elle concerne un tamis moléculaire aluminosilicate stabilisé par au moins un composé phosphoré. Les tamis moléculaires de nature zéolithique sont des matériaux cristallins comprenant un réseau tridimensionnel de tétraèdres T'04 avec T' égal à Si, AI, B, P, Ge, Ti, Ga, Fe, par exemple. Ce réseau définit un réseau microporeux intracristallin de dimensions comparables à celles de petites à moyennes molécules organiques. Le réseau microporeux peut être un système de canaux et/ou de cavités, façonné par le réseau cristallin, qui peut être identifié par son diagramme, particulier et spécifique, de diffraction des rayons X. Les applications potentielles d'une zéolithe (par exemple, dans les procédés de catalyse, d'adsorption, d'échange cationique et de purification) dépendent principalement de la taille, de la forme et des caractéristiques (mono-, multidimensionnelles) de son réseau microporeux et de sa composition chimique. Par exemple, dans les zéolithes de type aluminosilicate, la présence de tétraèdres A104- isolés dans une matrice de tétraèdres SiO4 requiert la présence de cations de compensation pour contrebalancer la charge négative du réseau. Typiquement, ces cations ont une grande mobilité et peuvent être échangés par d'autres, par exemple H+ ou NH4+, ce dernier pouvant être transformé en H+ par calcination, ce qui conduit à un solide microporeux acide. La zéolithe est alors sous sa forme acide encore appelée forme hydrogène. Lorsque tous les cations de compensation sont des cations ammonium ou alkylammonium organiques, la calcination conduit directement à la forme acide de la zéolithe. Ces solides acides microporeux peuvent être utilisés dans les procédés de catalyse acide et leur activité et sélectivité dépendent à la fois de la force de l'acide, de la densité des sites acides, des caractéristiques dimensionnelles de adding phosphorus, optionally free of metal Ti, B, Fe, Ga or AI, a catalytic composition containing it, its preparation and its use in particular in a process for catalytic cracking of a hydrocarbon feedstock. More specifically, it relates to an aluminosilicate molecular sieve stabilized with at least one phosphorus compound. Molecular sieves of a zeolitic nature are crystalline materials comprising a three-dimensional network of tetrahedra T'04 with T 'equal to Si, AI, B, P, Ge, Ti, Ga, Fe, for example. This network defines an intracrystalline microporous network of dimensions comparable to those of small to medium organic molecules. The microporous network can be a system of channels and / or cavities, shaped by the crystal network, which can be identified by its specific and specific X-ray diffraction diagram. The potential applications of a zeolite (for example, in the catalysis, adsorption, cation exchange and purification processes) mainly depend on the size, shape and characteristics (mono-, multidimensional) of its microporous network and its chemical composition. For example, in aluminosilicate zeolites, the presence of A104- tetrahedra isolated in a matrix of SiO4 tetrahedra requires the presence of compensating cations to counterbalance the negative charge of the network. Typically, these cations have a high mobility and can be exchanged by others, for example H + or NH4 +, the latter being able to be transformed into H + by calcination, which leads to an acid microporous solid. The zeolite is then in its acid form also called hydrogen form. When all the compensating cations are organic ammonium or alkylammonium cations, the calcination leads directly to the acid form of the zeolite. These microporous acid solids can be used in acid catalysis processes and their activity and selectivity depend both on the strength of the acid, on the density of the acid sites, on the dimensional characteristics of
l'espace délimité dans le réseau o se trouvent localisés les sites acides. the space delimited in the network where the acid sites are located.
La taille des canaux peut être décrite par le nombre de tétraèdres T'04 présents dans The size of the channels can be described by the number of T'04 tetrahedra present in
l'anneau délimitant les ouvertures de pores, élèment qui contrôle la diffusion des molécules. the ring delimiting the pore openings, element which controls the diffusion of the molecules.
Ainsi, les canaux sont classés en catégories: les petits pores (ouvertures de pores annulaires délimités par un enchaînement de 8 tétraèdres T'04 (8 MR), les pores moyens (10 MR) et les grands pores (12 MR), MR voulant dire membered ring en anglais. Cette caractéristique structurale peut procurer des propriétés de sélectivité de forme intéressantes à ces matériaux en catalyse hétérogène. Le terme sélectivité de forme est généralement utilisé pour expliquer des sélectivités catalytiques spécifiques dues aux contraintes stériques qui existent à l'intérieur du système microporeux zéolithique. Ces contraintes peuvent agir sur les réactifs (diffusion des réactifs dans la zéolithe), sur les produits de la réaction (formation et diffusion des produits formés hors de la zéolithe) sur les intermédiaires réactionnels ou sur les états de transition réactionnels qui se forment dans la microporosité de la zéolithe durant les réactions. La présence de contraintes stériques appropriées permet dans certains cas d'éviter la formation d'états de transition et d'intermédiaires réactionnels conduisant à la formation de produits indésirables et améliore Thus, the channels are classified in categories: small pores (openings of annular pores delimited by a sequence of 8 tetrahedrons T'04 (8 MR), medium pores (10 MR) and large pores (12 MR), MR wanting "membered ring" in English. This structural characteristic can provide interesting shape selectivity properties to these materials in heterogeneous catalysis. The term shape selectivity is generally used to explain specific catalytic selectivities due to steric constraints which exist inside the zeolitic microporous system. These constraints can act on the reagents (diffusion of the reagents in the zeolite), on the reaction products (formation and diffusion of the products formed outside the zeolite) on the reaction intermediates or on the reaction transition states which form in the microporosity of the zeolite during the reactions. The presence of con appropriate steric tracings makes it possible in certain cases to avoid the formation of transition states and reaction intermediates leading to the formation of undesirable products and improves
dans certains cas les sélectivités. in some cases selectivities.
L'objet de l'invention concerne la zéolithe IM-5, éventuellement dépourvue en partie de métal T, contenant du phosphore et son utilisation lorsqu'elle est en partie desaluminée en craquage catalytique, seul ou en mélange avec un catalyseur de craquage catalytique conventionnel. Le catalyseur de la présente invention est particulièrement bien adapté au craquage de fractions pétrolières en vue de produire une quantité importante de composés ayant 3 et/ou 4 atomes de carbone par molécule et plus particulièrement du propylène et des butènes. Le catalyseur de la présente invention est particulièrement bien adapté au craquage The object of the invention relates to the IM-5 zeolite, optionally partially devoid of metal T, containing phosphorus and its use when it is partly desaluminated in catalytic cracking, alone or in mixture with a conventional catalytic cracking catalyst. . The catalyst of the present invention is particularly well suited to cracking petroleum fractions in order to produce a large quantity of compounds having 3 and / or 4 carbon atoms per molecule and more particularly propylene and butenes. The catalyst of the present invention is particularly well suited to cracking
de fractions pétrolières lourdes.heavy petroleum fractions.
La présente invention concerne également le procédé de craquage de charges pétrolières lourdes, en présence du catalyseur défini ci-avant, ainsi que les procédés de préparation dudit catalyseur. Le craquage des charges hydrocarbonées, permettant d'obtenir des rendements élevés en essence pour automobile de très bonne qualité, s'est imposé dans l'industrie pétrolière dès la fin des années 1930. L'introduction des procédés fonctionnant en lit fluide (FCC ou Fluid Catalytic Cracking) ou en lit mobile (tel le TCC) dans lesquels le catalyseur circule en permanence entre la zone réactionnelle et le régénérateur o il est débarrassé du coke par combustion en présence d'un gaz contenant de l'oxygène, a introduit The present invention also relates to the process for cracking heavy petroleum charges, in the presence of the catalyst defined above, as well as the processes for preparing said catalyst. The cracking of hydrocarbon charges, making it possible to obtain high yields of gasoline for very good quality automobiles, became essential in the petroleum industry from the end of the 1930s. The introduction of processes operating in a fluid bed (FCC or Fluid Catalytic Cracking) or in a moving bed (such as TCC) in which the catalyst circulates permanently between the reaction zone and the regenerator where it is freed from coke by combustion in the presence of a gas containing oxygen, introduced
un progrès important par rapport à la technique du lit fixe. significant progress compared to the fixed bed technique.
Les catalyseurs les plus utilisés dans les unités de craquage sont depuis le début des années 1960 des zéolithes habituellement de structure faujasite (FAU). Ces zéolithes, incorporées dans une matrice amorphe, par exemple constituée de silice-alumine amorphe, et pouvant contenir des proportions variables d'argiles, sont caractérisées par des activités craquantes, The catalysts most used in cracking units since the early 1960s are zeolites usually of faujasite structure (FAU). These zeolites, incorporated in an amorphous matrix, for example consisting of amorphous silica-alumina, and which may contain variable proportions of clays, are characterized by crunchy activities,
vis à vis des hydrocarbures, 1 000 à 10 000 fois supérieures à celles des catalyseurs silice- with respect to hydrocarbons, 1,000 to 10,000 times greater than those of silica catalysts
alumine riches en silice utilisés jusque vers la fin des années 1950. alumina rich in silica used until the late 1950s.
Vers la fin des années 1970, le manque de disponibilité en pétrole brut et la demande croissante en essence à haut indice d'octane ont conduit les raffineurs à traiter des bruts de plus en plus lourds. Le traitement de ces derniers constitue un problème difficile pour le raffineur en raison de leur teneur élevée en poisons des catalyseurs, notamment en composés métalliques (en particulier nickel et vanadium), des valeurs inhabituelles en In the late 1970s, the lack of availability of crude oil and the growing demand for high-octane gasoline led refiners to process heavier and heavier crudes. The treatment of the latter constitutes a difficult problem for the refiner because of their high content of catalyst poisons, in particular of metal compounds (in particular nickel and vanadium), values which are unusual in
carbone Conradson et surtout en composés asphalténiques. Conradson carbon and especially in asphaltenic compounds.
Cette nécessité de traiter des charges lourdes et d'autres problèmes plus récents, tels que la suppression progressive mais générale dans l'essence des additifs à base de plomb, l'évolution lente mais sensible dans certains pays de la demande en distillats moyens (kérosènes et gazoles), ont de plus incité les raffineurs à rechercher des catalyseurs améliorés permettant d'atteindre notamment les objectif suivants: - meilleure stabilité thermique et hydrothermique et meilleure tolérance aux métaux, moindre production de coke à conversion identique, - meilleur indice d'octane de l'essence, This need to deal with heavy loads and other more recent problems, such as the progressive but general elimination in the essence of lead-based additives, the slow but noticeable evolution in certain countries of the demand for middle distillates (kerosene and diesel fuels), have also encouraged refiners to look for improved catalysts which make it possible to achieve the following objectives in particular: - better thermal and hydrothermal stability and better tolerance to metals, lower production of coke with identical conversion, - better octane number gasoline,
-sélectivité améliorée en distillats moyens. - improved selectivity in middle distillates.
Dans la majorité des cas, on cherche à minimiser la production de gaz légers, comprenant des composés ayant de 1 à 4 atomes de carbone par molécule, et, par conséquent, les In the majority of cases, it is sought to minimize the production of light gases, comprising compounds having from 1 to 4 carbon atoms per molecule, and, consequently, the
catalyseurs sont conçus pour limiter la production de tels gaz légers. catalysts are designed to limit the production of such light gases.
Cependant il apparaît dans certains cas particuliers une demande importante en hydrocarbures légers de 2 à 4 atomes de carbone par molécule ou en certains d'entre eux, tel However, in certain particular cases there appears to be a significant demand for light hydrocarbons of 2 to 4 carbon atoms per molecule or in some of them, such as
que les hydrocarbures en C3 et/ou C4 et plus particulièrement le propylène et les butènes. as C3 and / or C4 hydrocarbons and more particularly propylene and butenes.
L'obtention d'une quantité importante de butènes est en particulier intéressante dans le cas o le raffineur dispose d'une unité d'alkylation, par exemple des coupes C3-C4 contenant Obtaining a large quantity of butenes is particularly advantageous in the case where the refiner has an alkylation unit, for example C3-C4 cuts containing
des oléfines, en vue de former une quantité supplémentaire d'essence à haut indice d'octane. olefins to form an additional amount of high octane gasoline.
Ainsi le rendement global en essence de bonne qualité obtenue à partir des coupes Thus the overall yield of good quality gasoline obtained from the cuts
d'hydrocarbures de départ est sensiblement augmenté. starting oil is significantly increased.
L'obtention de propylène est particulièrement souhaitée dans certains pays en voie de Obtaining propylene is particularly desired in certain developing countries.
développement, o apparaît une demande importante en ce produit. development, where there is a significant demand for this product.
Le procédé de craquage catalytique peut satisfaire dans une certaine mesure de telles demandes à condition en particulier d'adapter le catalyseur en vue de cette production. Une manière efficace d'adapter le catalyseur consiste à ajouter aux masses catalytiques un agent actif présentant les deux qualités suivantes: - craquer les molécules lourdes avec une bonne sélectivité en hydrocarbures à 3 et/ou 4 atomes de carbone, notamment en propylène et en butènes; - être suffisamment résistant aux conditions sévères de pression partielle de vapeur d'eau et The catalytic cracking process can meet such demands to a certain extent, provided in particular that the catalyst is adapted for this production. An effective way to adapt the catalyst consists in adding to the catalytic masses an active agent having the following two qualities: - cracking heavy molecules with good selectivity in hydrocarbons with 3 and / or 4 carbon atoms, in particular in propylene and in butenes ; - be sufficiently resistant to the severe conditions of partial steam pressure and
de température qui règnent dans le régénérateur d'un craqueur industriel. of temperature prevailing in the regenerator of an industrial cracker.
Les travaux de recherche effectués par le demandeur sur de nombreuses zéolithes l'ont conduit à découvrir que, de façon surprenante, la zéolithe dénommée IM-5 et modifiée en ajoutant du phosphore dénommée IM5- P, permettait d'obtenir un catalyseur ayant une excellente activité et possédant une bonne sélectivité vis à vis d'une production d'hydrocarbures à 3 et/ou 4 atomes de carbone par molécule. L'utilisation d'une telle zéolithe selon l'invention permet d'obtenir un catalyseur de craquage conduisant à l'obtention d'une proportion plus importante de gaz, et notamment de propylène et de butènes. La teneur en phosphore de la zéolithe IM5-P est en règle générale au plus égale à 10 % en poids, avantageusement au plus égale à 5%, exprimée en poids, par exemple comprise entre The research carried out by the applicant on numerous zeolites led him to discover that, surprisingly, the zeolite called IM-5 and modified by adding phosphorus called IM5-P, made it possible to obtain a catalyst having an excellent activity and having good selectivity with respect to the production of hydrocarbons with 3 and / or 4 carbon atoms per molecule. The use of such a zeolite according to the invention makes it possible to obtain a cracking catalyst leading to the obtaining of a larger proportion of gas, and in particular of propylene and butenes. The phosphorus content of the IM5-P zeolite is generally at most equal to 10% by weight, advantageously at most equal to 5%, expressed by weight, for example between
2 et 4%.2 and 4%.
L'invention concerne aussi le procédé de préparation de la zéolithe IM-5 modifiée en The invention also relates to the process for the preparation of the IM-5 zeolite modified in
ajoutant du phosphore.adding phosphorus.
Le phosphore peut être ajouté à divers moments: en présence de structurant, directement lors de la synthèse, en solution et ceci sous diverses formes chimiques: acides phosphoriques, phosphates, organophosphates, chlorures de phosphore. Plus précisément, selon une première variante, on prépare la zéolithe IM5-P en mettant en contact au moins un cation organique azoté, au moins un oxyde du silicium ou du germanium, au moins un oxyde de métal T choisi dans le groupe formé par AI, Fe, Ga Ti et B et au moins un composé du phosphore et éventuellement un oxyde de métal M alcalin et/ou ammonium, ou leurs précurseurs, le mélange présentant généralement la composition molaire suivante XO2/T203 au moins 10, (RII.)OH/XO2 de O,01 à 2 H20/XO2 de I à 500 Q/XO2 de 0,005 à 1 LqZO2 de 0 à 5 o X est le silicium et/ou le germanium, T est choisi dans le groupe formé par les éléments suivants: aluminium, fer, gallium, titane et bore R est un cation de valence n qui comporte M (un cation de métal alcalin et/ou de l'ammonium), et/ou Q (un cation organique azoté ou un précurseur de celui-ci ou un produit de décomposition de celui-ci), et LqZ est un sel, Z étant un anion de valence q et L, un ion de métal alcalin ou ammonium qui peut être similaire à M ou un mélange de M et d'un autre ion de métal alcalin ou un ion ammonium nécessaire pour équilibrer l'anion Z, Z pouvant comporter un radical acide Phosphorus can be added at various times: in the presence of a structuring agent, directly during synthesis, in solution and this in various chemical forms: phosphoric acids, phosphates, organophosphates, phosphorus chlorides. More precisely, according to a first variant, the IM5-P zeolite is prepared by bringing into contact at least one nitrogenous organic cation, at least one silicon or germanium oxide, at least one metal oxide T chosen from the group formed by AI , Fe, Ga Ti and B and at least one phosphorus compound and optionally an alkali metal oxide M and / or ammonium, or their precursors, the mixture generally having the following molar composition XO2 / T203 at least 10, (RII.) OH / XO2 from O, 01 to 2 H2O / XO2 from I to 500 Q / XO2 from 0.005 to 1 LqZO2 from 0 to 5 o X is silicon and / or germanium, T is chosen from the group formed by the following elements : aluminum, iron, gallium, titanium and boron R is a cation of valence n which contains M (an alkali metal cation and / or ammonium), and / or Q (a nitrogenous organic cation or a precursor thereof) ci or a decomposition product thereof), and LqZ is a salt, Z being an anion of valence q and L, an alkali metal ion or ammonium which may be similar to M or a mixture of M and another alkali metal ion or an ammonium ion necessary to balance the anion Z, Z which may contain an acid radical
ajouté par exemple sous la forme d'un sel de L ou d'un sel d'aluminium. added for example in the form of an L salt or an aluminum salt.
De préférence, X peut être le silicium et Y l'aluminium. Preferably, X can be silicon and Y can be aluminum.
Selon une deuxième variante préférée, on peut imprégner, dans des conditions adéquates, la zéolithe IM-5 éventuellement calcinée, avec une solution aqueuse d'au moins un acide choisi dans le groupe formé par H3PO3 (NH4)3PO4, (NH4)2H PO4, (NH4)H2P04 ou un de ses sels. Le produit obtenu est en général calciné à une température de 350 à 1000 C pendant une période dépendant de la température de calcination utilisée, pouvant varier de 0,1 According to a second preferred variant, it is possible to impregnate, under suitable conditions, the IM-5 zeolite optionally calcined, with an aqueous solution of at least one acid chosen from the group formed by H3PO3 (NH4) 3PO4, (NH4) 2H PO4 , (NH4) H2PO4 or one of its salts. The product obtained is generally calcined at a temperature of 350 to 1000 ° C. for a period depending on the calcination temperature used, which can vary from 0.1
seconde à 10 heures par exemple.second at 10 o'clock for example.
Ces deux modes de mise en oeuvre sont particulièrement avantageux puisque l'absence d'ions alcalins évite au moins une étape d'échange ionique, par une solution d'ions These two modes of implementation are particularly advantageous since the absence of alkaline ions avoids at least one step of ion exchange, by an ion solution.
ammonium par exemple et une étape de calcination pour obtenir la forme acide. ammonium for example and a calcination step to obtain the acid form.
La zéolithe IM5S-P au moins en partie sous forme hydrogène selon la présente invention, possède une structure qui n'a pas encore été élucidée mais qui est identique à celle de la The IM5S-P zeolite at least partially in hydrogen form according to the present invention has a structure which has not yet been elucidated but which is identical to that of the
zéolithe IM5 sans phosphore décrite dans la demande de brevet français FR-2.754.809. IM5 zeolite without phosphorus described in French patent application FR-2,754,809.
La zéolithe IM-5-P, sous forme brute de synthèse, est caractérisée par le fait qu'elle présente The IM-5-P zeolite, in synthetic raw form, is characterized by the fact that it has
un diagramme de diffraction X comportant les raies présentées dans le tableau 1. an X-ray diffraction diagram comprising the lines presented in table 1.
La zéolithe IM-5-P dans sa forme hydrogène, désignée H-IM-5-P, est obtenue par calcination(s) présente un diagramme de diffraction des rayons X comportant les raies The zeolite IM-5-P in its hydrogen form, designated H-IM-5-P, is obtained by calcination (s) presents an X-ray diffraction diagram comprising the lines
présentées dans le tableau 2.presented in Table 2.
Tableau 1: Tableau de diffraction des rayons X de la zéolithe IM-5-P dhkl ( ) "Imax Table 1: X-ray diffraction table for the zeolite IM-5-P dhkl () "Imax
11,8 +0,35 F à TF(I)11.8 +0.35 F at TF (I)
11,5+0,30 F à TF(I)11.5 + 0.30 F at TF (I)
11,25 +0,30 Fà TF()11.25 +0.30 Fto TF ()
9,95+0,20 m à F 9,50+0,15 mà F 7,08+0,12 f à m 6,04+0,10 tf à f ,75+0,10 f ,65+0,10 f ,50+0,10 tf ,35+0,10 tf ,03 +0,09 tf 4,72+0,08 f à m 4,55+0,07 f 4,26+0,07 tf 9.95 + 0.20 m at F 9.50 + 0.15 m at F 7.08 + 0.12 f to m 6.04 + 0.10 tf at f, 75 + 0.10 f, 65 + 0 , 10 f, 50 + 0.10 tf, 35 + 0.10 tf, 03 +0.09 tf 4.72 + 0.08 f to m 4.55 + 0.07 f 4.26 + 0.07 tf
3,92 +0,07 F à TF (2)3.92 +0.07 F to TF (2)
3,94 +0,07 TF (2)3.94 +0.07 TF (2)
3,85+0,05 TF (2)3.85 + 0.05 TF (2)
3,78+0,04 F à TF (2)3.78 + 0.04 F at TF (2)
3,67 +0,04 m à F 3,55+0,03 m à F 3,37+0,02 f 3,30+0,015 f 3,099+0,012 f à m 2,970 +0,007 tf à f 2,815 0,005 tf 2,720 +0,005 tf 3.67 +0.04 m at F 3.55 + 0.03 m at F 3.37 + 0.02 f 3.30 + 0.015 f 3.099 + 0.012 f at m 2.970 +0.007 tf to f 2.815 0.005 tf 2.720 +0.005 tf
(1) Raies faisant partie du même massif, (2) Raies faisant partie du même massif. (1) Rays forming part of the same massif, (2) Rays forming part of the same massif.
8 27941168 2794116
Tableau 2 Tableau de diffraction des rayons X de la zéolithe H-IM-5-P dhkl ( ) I/Imax Table 2 X-ray diffraction table for the H-IM-5-P dhkl () zeolite I / Imax
11,8+0,30 F à TF(I)11.8 + 0.30 F at TF (I)
11,45+0,25 TF(I)11.45 + 0.25 TF (I)
11,20+0,20 F à TF(I)11.20 + 0.20 F at TF (I)
9,90+0,15 mà F 9,50 +0,15 mà F 7,06+0,12 f à m 6, 01+0,10 tf à f ,70+0,10 f ,30+0,10 tf ,03+0, 09 tf 4,71+0,08 f 4,25+0,07 tf 3,87+0,07 m à F (2) 3,81 0,05 m à F (2) 3,76 0,04 m à F (2) 3,67+0, 04 f à m 3,54+0,04 m à F 3,37 +0,03 f 3,316 +0, 015 f 3,103+0,012 f 3,080+0,010 f à m 2,950+0,010 tf à f 2,880+0,007 tf 2,790 +0,005 tf 2,590+0, 005 tf 9.90 + 0.15 m at F 9.50 + 0.15 m at F 7.06 + 0.12 f at m 6, 01 + 0.10 tf at f, 70 + 0.10 f, 30 + 0, 10 tf, 03 + 0.09 tf 4.71 + 0.08 f 4.25 + 0.07 tf 3.87 + 0.07 m at F (2) 3.81 0.05 m at F (2) 3.76 0.04 m at F (2) 3.67 + 0.04 f to m 3.54 + 0.04 m at F 3.37 + 0.03 f 3.316 + 0.015 f 3.103 + 0.012 f 3.080 + 0.010 f to m 2.950 + 0.010 tf to f 2.880 + 0.007 tf 2.790 +0.005 tf 2.590 + 0.005 tf
(1) Raies faisant partie du même massif, (2) Raies faisant partie du même massif. (1) Rays forming part of the same massif, (2) Rays forming part of the same massif.
Ces diagrammes sont obtenus à l'aide d'un diffractomètre en utilisant la méthode classique des poudres avec le rayonnement Ka du cuivre. A partir de la position des pics de diffraction représentée par l'angle 20, on calcule, par la relation de Bragg, les équidistances réticulaires dhkl caractéristiques de l'échantillon. Le calcul de l'intensité se fait sur la base d'une échelle d'intensité relative sur laquelle on attribue une valeur de 100 à la raie présentant l'intensité la plus forte sur le diagramme de diffraction X: * très faible (tf) signifie inférieure àlO, * faible (f) signifie inférieure à 20 * moyenne (m) signifie comprise entre 20 et 40, * forte (F) signifie comprise entre 40 et 60, These diagrams are obtained using a diffractometer using the conventional method of powders with the Ka radiation of copper. From the position of the diffraction peaks represented by the angle 20, we calculate, by the Bragg relation, the reticular equidistances dhkl characteristic of the sample. The intensity is calculated on the basis of a relative intensity scale on which a value of 100 is assigned to the line with the highest intensity on the X-ray diffraction diagram: * very low (tf) means less than 10, * weak (f) means less than 20 * medium (m) means between 20 and 40, * strong (F) means between 40 and 60,
À très forte (TF) signifie supérieure à 60. At very high (TF) means greater than 60.
Les diffractogrammes X à partir desquels ces données ont été obtenues (espacement d et intensités relatives) sont caractérisés par de larges réflexions avec de nombreux pics formant des épaulements sur d'autres pics d'intensité supérieure. Il peut arriver que certains épaulements, ou tous les épaulements, ne soient pas résolus. Ceci peut se produire pour des échantillons faiblement cristallins ou des échantillons au sein desquels les cristaux sont suffisamment petits pour donner un élargissement significatif des rayons X. Cela peut également être le cas lorsque l'équipement ou les conditions mis en oeuvre pour obtenir le The X-ray diffractograms from which these data were obtained (spacing d and relative intensities) are characterized by broad reflections with numerous peaks forming shoulders on other peaks of higher intensity. It may happen that some or all of the shoulders are not resolved. This can happen for weakly crystalline samples or samples in which the crystals are small enough to give a significant broadening of the X-rays. This can also be the case when the equipment or conditions used to obtain the
diagramme diffèrent de ceux utilisés ici. diagram differ from those used here.
La zéolithe IM-5, sous forme hydrogène, désignée par H-IM-5 et obtenue par calcination et/ou échanges ioniques de la zéolithe IM-5 brute de synthèse, employée dans le procédé The IM-5 zeolite, in hydrogen form, designated by H-IM-5 and obtained by calcination and / or ion exchange of the crude synthetic IM-5 zeolite, used in the process
selon l'invention ainsi que son mode de synthèse sont décrits dans la demande de brevet FR- according to the invention as well as its mode of synthesis are described in the patent application FR-
2.754.809.2.754.809.
La structure zéolithique, nommée IM-5, a une composition chimique, exprimée sur une base anhydre, en termes de rapports molaires d'oxydes, par le formule: X02, mT20l,p R2/nO, o m est égal ou inférieur à 10, p est compris entre O (exclu) et 20, The zeolitic structure, called IM-5, has a chemical composition, expressed on an anhydrous basis, in terms of molar ratios of oxides, by the formula: X02, mT20l, p R2 / nO, om is equal to or less than 10, p is between O (excluded) and 20,
27941162794116
R représente un ou plusieurs cations de valence n, X est le silicium et/ou le germanium, de préférence le silicium, T est choisi dans le groupe formé par les éléments suivants: l'aluminium, le fer, le gallium, R represents one or more cations of valence n, X is silicon and / or germanium, preferably silicon, T is chosen from the group formed by the following elements: aluminum, iron, gallium,
le bore, le titane, de préférence T est l'aluminium. boron, titanium, preferably T is aluminum.
La structure zéolithique IM-5-P selon l'invention a sensiblement la même composition chimique. La zéolithe IM-5-P présente un rapport atomique Si/T compris entre 5 et 600 et en The IM-5-P zeolitic structure according to the invention has substantially the same chemical composition. The IM-5-P zeolite has an Si / T atomic ratio of between 5 and 600 and in
1 0 particulier entre 10 et 300.1 0 particular between 10 and 300.
Le rapport Si/T global de la zéolithe ainsi que la composition chimique des échantillons sont The overall Si / T ratio of the zeolite and the chemical composition of the samples are
déterminés par fluorescence X et adsorption atomique. determined by X-ray fluorescence and atomic adsorption.
La zéolithe IM-5-P selon l'invention peut être obtenue avec le rapport Si/T désiré, pour l'application catalytique selon l'invention, directement à la synthèse en ajustant les conditions opératoires de synthèse. Puis la zéolithe est calcinée et échangée par au moins un traitement par une solution d'au moins un sel d'ammonium de manière à obtenir la forme The IM-5-P zeolite according to the invention can be obtained with the desired Si / T ratio, for the catalytic application according to the invention, directly to the synthesis by adjusting the synthesis operating conditions. Then the zeolite is calcined and exchanged by at least one treatment with a solution of at least one ammonium salt so as to obtain the form
ammonium de la zéolithe qui une fois calcinée conduit à la forme hydrogène de la zéolithe. ammonium from the zeolite which once calcined leads to the hydrogen form of the zeolite.
Par ailleurs, certaines applications catalytiques nécessitent un ajustement de la stabilité thermique et de l'acidité de la zéolithe à la réaction envisagée. Un des moyens pour optimiser l'acidité d'une zéolithe est de diminuer la quantité de métal T présent dans sa charpente. Le rapport Si/T de la charpente peut être réglé lors de la synthèse ou bien après la synthèse. Dans ce dernier cas, l'opération dite d'élimination du métal, doit être en particulier effectuée en détruisant le moins possible la structure cristalline de la zéolithe. On peut ainsi disposer d'une zéolithe dont le rapport atomique Si/T peut être compris entre 5 et Furthermore, certain catalytic applications require an adjustment of the thermal stability and the acidity of the zeolite to the envisaged reaction. One of the ways to optimize the acidity of a zeolite is to reduce the amount of metal T present in its frame. The Si / T ratio of the framework can be adjusted during synthesis or after synthesis. In the latter case, the so-called metal removal operation must in particular be carried out while destroying the crystal structure of the zeolite as little as possible. It is thus possible to have a zeolite whose atomic Si / T ratio can be between 5 and
600 et dont l'acidité peut être contrôlée. 600 and whose acidity can be controlled.
Il est connu de l'homme du métier qu'une désalumination partielle de la charpente de la zéolithe et plus généralement l'élimination partielle du métal T conduit à un solide 1l thermiquement plus stable. Cependant, les traitements de désalumination que subissent les zéolithes conduisent à la formation d'espèces aluminiques extra-charpente qui peuvent obstruer la microporosité de la zéolithe si elles ne sont pas éliminées. C'est par exemple le cas des zéolithes utilisées comme additifs au catalyseur de craquage catalytique dans les unités FCC, pour la production des oléfines. En effet, dans le régénérateur de l'unité de craquage régnent de hautes températures, supérieures à 600 C, et une pression de vapeur d'eau non négligeable qui vont conduire à une désalumination de la charpente des zéolithes et par conséquent à une perte de sites acides et au bouchage de la microporosité. Ces deux phénomènes concourrent à une diminution de l'activité donc de l'efficacité de l'additif It is known to those skilled in the art that a partial dealumination of the structure of the zeolite and more generally the partial elimination of the metal T results in a thermally more stable solid 11. However, dealumination treatments which zeolites undergo lead to the formation of extra-structural aluminum species which can obstruct the microporosity of the zeolite if they are not eliminated. This is for example the case of zeolites used as additives to the catalytic cracking catalyst in FCC units, for the production of olefins. Indeed, in the regenerator of the cracking unit reign high temperatures, above 600 C, and a significant water vapor pressure which will lead to dealumination of the structure of the zeolites and consequently to a loss of acidic sites and clogging of microporosity. These two phenomena contribute to a decrease in the activity therefore of the effectiveness of the additive
1 0 zéolithique.1 0 zeolitic.
Par contre, une désalumination contrôlée et réalisée hors unité permet de régler exactement le taux de désalumination de la charpente de la zéolithe et permet aussi d'éliminer en particulier les espèces aluminiques extra-charpente qui obstruent la microporosité contrairement à ce qui se passe dans l'unité de craquage, comme cela a été expliqué dans le paragraphe précédent. L'étape d'élimination partielle du métal et en particulier de désalumination post-synthèse peut être réalisée par toute technique connue de l'homme du métier; on peut citer à titre d'exemples non limitatifs tout traitement thermique, éventuellement en présence de vapeur d'eau, suivi d'au moins une attaque acide par au moins une solution d'un acide minéral ou organique, ou bien toute désalumination par au moins une attaque acide par au moins une solution d'un acide minéral ou organique. Cette élimination du métal conduit à des zéolithes au phosphore IM-5-P dont le rapport atomique Si/T est supérieur à 5, avantageusement supérieur à 10, de préférence supérieur à 15 et plus particulièrement compris entre 20 et 400, ce qui confere à la fois activité et résistance à la On the other hand, a controlled dealumination carried out outside the unit makes it possible to exactly regulate the dealumination rate of the framework of the zeolite and also makes it possible to eliminate in particular the extra-framework aluminum species which obstruct the microporosity unlike what happens in the 'cracking unit, as explained in the previous paragraph. The step of partial elimination of the metal and in particular of post-synthesis dealumination can be carried out by any technique known to those skilled in the art; non-limiting examples which may be mentioned are any heat treatment, optionally in the presence of water vapor, followed by at least one acid attack with at least one solution of a mineral or organic acid, or else any dealumination by at minus an acid attack with at least one solution of a mineral or organic acid. This elimination of the metal leads to IM-5-P phosphorous zeolites whose Si / T atomic ratio is greater than 5, advantageously greater than 10, preferably greater than 15 and more particularly between 20 and 400, which gives both activity and resistance to
zéolithe selon l'invention.zeolite according to the invention.
- Selon une première variante de l'étape d'élimination du métal, la première méthode dite de l'attaque acide directe comprend une première étape de calcination sous flux d'aire sec, à une température généralement comprise entre environ 450 et 550 C, qui a pour but d'éliminer le structurant organique présent dans la microporosité de la zéolithe, suivie d'une étape de traitement par une solution aqueuse d'un acide minéral tel que HNO3 ou HCI ou organique tel que CH3COH. Cette dernière étape peut être répétée autant de fois qu'il est nécessaire afin d'obtenir le niveau de désalumination voulue. Entre ces deux étapes il est possible de réaliser un ou plusieurs échanges ioniques par au moins une solution NH4NO3, de manière à éliminer au moins en partie, de préférence pratiquement totalement, le cation alcalin, en particulier le sodium. De même, à la fin du traitement de désalumination par attaque acide directe, il est possible de réaliser un ou plusieurs échanges ioniques par au moins une solution NH4NO3, de manière à éliminer les cations alcalins résiduels et en According to a first variant of the metal elimination step, the first method known as direct acid attack comprises a first calcination step under a flow of dry area, at a temperature generally between approximately 450 and 550 ° C., which aims to remove the organic structuring present in the microporosity of the zeolite, followed by a step of treatment with an aqueous solution of a mineral acid such as HNO3 or HCl or organic such as CH3COH. This last step can be repeated as many times as necessary in order to obtain the desired dealumination level. Between these two stages, it is possible to carry out one or more ion exchanges with at least one NH4NO3 solution, so as to eliminate at least in part, preferably practically completely, the alkaline cation, in particular sodium. Similarly, at the end of the dealumination treatment by direct acid attack, it is possible to carry out one or more ionic exchanges with at least one NH4NO3 solution, so as to remove the residual alkaline cations and in
particulier le sodium.especially sodium.
Pour atteindre le rapport Si/AI désiré, par exemple, il est nécessaire de bien choisir les conditions opératoires; de ce point de vue les paramètres les plus critiques sont la température du traitement par la solution aqueuse d'acide, la concentration de ce dernier, sa nature, le rapport entre la quantité de solution acide et la masse de zéolithe traitée, la durée To achieve the desired Si / AI ratio, for example, it is necessary to choose the operating conditions well; from this point of view the most critical parameters are the temperature of the treatment with the aqueous acid solution, the concentration of the latter, its nature, the ratio between the amount of acid solution and the mass of zeolite treated, the duration
du traitement et le nombre de traitement réalisés. of treatment and the number of treatments performed.
- Selon une deuxième variante de l'étape d'élimination du métal, la deuxième méthode dite de traitement thermique (en particulier à la vapeur d'eau ou " steaming ") + attaque acide, comprend, dans un premier temps, la calcination sous flux d'air sec, à une température généralement comprise entre environ 450 et 550 C, qui a pour but d'éliminer le structurant organique occlus dans la microporosité de la zéolithe. Puis le solide ainsi obtenu est soumis à un ou plusieurs échanges ioniques par au moins une solution NH4NO, de manière à éliminer au moins en partie, de préférence pratiquement totalement, le cation alcalin, en particulier le sodium, présent en position cationique dans la zéolithe. La zéolithe ainsi obtenue est soumise à au moins un cycle de désalumination de charpente, comportant au moins un traitemnt thermique réalisé, éventuellemnt et de préférence en présence de vapeur d'eau, à une température généralement comprise entre 500 et 900 C, et éventuellement suivie d'au moins une attaque acide par une solution aqueuse d'un acide minéral ou organique. Les conditions de calcination en présence de vapeur d'eau (température, pression de vapeur d'eau et durée du traitement) ainsi que les conditions d'attaque acide post- calcination (durée de l'attaque, concentration de l'acide, nature de l'acide utilisé et le rapport entre le volume d'acide et la masse de zéolithe), sont adaptées de manière à obtenir - According to a second variant of the metal elimination step, the second method called thermal treatment (in particular with steam or "steaming") + acid attack, comprises, firstly, calcination under dry air flow, at a temperature generally between about 450 and 550 C, which aims to eliminate the organic structuring agent occluded in the microporosity of the zeolite. Then the solid thus obtained is subjected to one or more ionic exchanges by at least one NH4NO solution, so as to eliminate at least in part, preferably practically completely, the alkaline cation, in particular the sodium, present in the cationic position in the zeolite. . The zeolite thus obtained is subjected to at least one structural dealumination cycle, comprising at least one heat treatment carried out, optionally and preferably in the presence of steam, at a temperature generally between 500 and 900 ° C., and optionally followed at least one acid attack with an aqueous solution of a mineral or organic acid. The calcination conditions in the presence of water vapor (temperature, water vapor pressure and duration of treatment) as well as the post-calcination acid attack conditions (duration of attack, acid concentration, nature of the acid used and the ratio between the volume of acid and the mass of zeolite), are adapted so as to obtain
1 3 27941161 3 2794116
le niveau de désalumination souhaité. Dans le même but on peut aussi jouer sur le nombre the desired dealumination level. For the same purpose we can also play on the number
de cycles traitement thermique-attaque acide qui sont effectués. of heat treatment-acid attack cycles which are carried out.
Dans le cas préféré o T est AI, le cycle de désalumination de la charpente, comportant au moins une étape de traitement thermique, réalisé éventuellement et de préférence en présence de vapeur d'eau, et au moins une étape d'attaque en milieu acide de la zéolithe IM-5, peut être répété autant de fois qu'il est nécessaire pour obtenir la zéolithe IM-5 désaluminée possédant les caractéristiques désirées. De même, suite au traitement thermique, réalisé éventuellement et de préférence en présence de vapeur d'eau, plusieurs attaques acides successives, avec des solutions en acide de concentrations différentes, In the preferred case where T is AI, the dealumination cycle of the frame, comprising at least one heat treatment step, optionally and preferably carried out in the presence of water vapor, and at least one attack step in an acid medium. of the IM-5 zeolite, can be repeated as many times as necessary to obtain the dealuminated IM-5 zeolite having the desired characteristics. Similarly, following the heat treatment, possibly carried out and preferably in the presence of water vapor, several successive acid attacks, with acid solutions of different concentrations,
peuvent être opérées.can be operated.
Une variante de cette deuxième méthode de calcination peut consister à réaliser le traitement thermique de la zéolithe IM-5-P contenant le structurant organique, à une température généralement comprise entre 500 et 850 C, éventuellement et de préférence en présence de vapeur d'eau. Dans ce cas les étapes de calcination du structurant organique et de désalumination de la charpente sont réalisées simultanément. Puis, la zéolithe est éventuellement traitée par au moins une solution aqueuse d'un acide minéral (par exemple de HNO3 ou de HCI) ou organique (CH3CO2H par exemple). Enfin, le solide ainsi obtenu peut être éventuellement soumis à au moins un échange ionique par au moins une solution NH4NO3, de manière à éliminer pratiquement tout cation alcalin, en particulier le sodium, A variant of this second calcination method may consist in carrying out the heat treatment of the IM-5-P zeolite containing the organic structuring agent, at a temperature generally between 500 and 850 ° C., optionally and preferably in the presence of water vapor. . In this case, the stages of calcination of the organic structuring agent and dealumination of the framework are carried out simultaneously. Then, the zeolite is optionally treated with at least one aqueous solution of a mineral acid (for example HNO3 or HCl) or organic (CH3CO2H for example). Finally, the solid thus obtained can optionally be subjected to at least one ion exchange with at least one NH4NO3 solution, so as to eliminate practically any alkaline cation, in particular sodium,
présent en position cationique dans la zéolithe. present in cationic position in the zeolite.
La zéolithe IM-5-P selon l'invention est au moins en partie, de préférence pratiquement totalement, sous forme acide, c'est-à-dire sous forme hydrogène (H+). Le rapport atomique Na/T est généralement inférieur à 10 % et de préférence inférieur à 5 % et de manière The IM-5-P zeolite according to the invention is at least partly, preferably practically totally, in acid form, that is to say in hydrogen form (H +). The Na / T atomic ratio is generally less than 10% and preferably less than 5% and so
encore plus préférée inférieur à 1 %. even more preferred less than 1%.
L'invention concerne aussi une composition catalytique. Elle peut comprendre a) de 0 à 60%, par exemple de 0,1 à 60%, de préférence de 4 à 50% et de manière encore plus préférée de 10 à 40% en poids d'au moins une zéolithe autre que la zéolithe au phosphore selon l'invention et de préférence la zéolithe Y de structure faujasite, b) de 0, Ol à 97%, de préférence de 0,05 à 40% et de manière encore plus préférée de 0,1 à 20% d'au moins une zéolithe IM-5-P au moins en partie sous forme hydrogène, ayant les caractéristiques données ci- avant et, c) au moins 3 % d'au moins une matrice, et de préférence au moins 20 % et par The invention also relates to a catalytic composition. It can comprise a) from 0 to 60%, for example from 0.1 to 60%, preferably from 4 to 50% and even more preferably from 10 to 40% by weight of at least one zeolite other than the phosphorus zeolite according to the invention and preferably zeolite Y of faujasite structure, b) from 0.1% to 97%, preferably from 0.05 to 40% and even more preferably from 0.1 to 20% d '' at least one IM-5-P zeolite at least partly in hydrogen form, having the characteristics given above and, c) at least 3% of at least one matrix, and preferably at least 20% and by
exemple 40 à 70 %.example 40 to 70%.
Selon une première variante, cette composition peut contenir la zéolithe selon l'invention According to a first variant, this composition can contain the zeolite according to the invention
associée à au moins une matrice d'oxydes inorganiques. associated with at least one matrix of inorganic oxides.
Selon une deuxième variante, cette composition peut comprendre au moins une zéolithe IM-5-P, au moins une matrice déjà mentionnée et au moins une zéolithe autre que la According to a second variant, this composition can comprise at least one IM-5-P zeolite, at least one matrix already mentioned and at least one zeolite other than the
zéolithe IM-5-P.IM-5-P zeolite.
Par exemple, dans le cas de l'utilisation de la composition catalytique en craquage catalytique en lit fluidisé, cette zéolithe sera une zéolithe de craquage telle qu'une zéolithe Y qui comprend la zéolithe Y ultrastable (modifiée et stabilisée à la vapeur), la zéolithe X, For example, in the case of the use of the catalytic composition in catalytic cracking in a fluidized bed, this zeolite will be a cracking zeolite such as a Y zeolite which comprises the ultrastable Y zeolite (modified and vapor stabilized), the zeolite X,
la zéolithe Beta, les zéolithes de type ZSM-5, les silicalites, les zéolithes de type LZ 210. Beta zeolite, ZSM-5 type zeolites, silicalites, LZ 210 type zeolites.
Cette matrice habituellement amorphe ou mal cristallisée est choisie par exemple dans le groupe formé par l'alumine, la silice-alumine, la silice, la magnésie, l'argile, l'oxyde de titane, la zircone, les combinaisons de deux au moins de ces composés et les combinaisons This usually amorphous or poorly crystallized matrix is chosen for example from the group formed by alumina, silica-alumina, silica, magnesia, clay, titanium oxide, zirconia, combinations of at least two of these compounds and combinations
alumine-oxyde de bore.alumina-boron oxide.
La matrice est de préférence choisie dans le groupe formé par la silice, l'alumine, la magnésie, les mélanges silice-alumine, les mélanges silicemagnésie et les argiles dont le The matrix is preferably chosen from the group formed by silica, alumina, magnesia, silica-alumina mixtures, silica magnesia mixtures and clays, the
kaolin et le métakaolin.kaolin and metakaolin.
La composition catalytique utilisée notamment en craquage catalytique de charges The catalytic composition used in particular in catalytic cracking of fillers
hydrocarbonées peut être préparée par toutes les méthodes connues de l'homme du métier. hydrocarbons can be prepared by any method known to those skilled in the art.
Ainsi la composition peut être obtenue, par exemple par incorporation simultanée de la zéolithe IM-5 modifiée par le phosphore, au moins en partie sous forme hydrogène, et de la zéolithe Y selon les méthodes classiques de préparation des catalyseurs de craquage contenant une zéolithe. La zéolithe IM5-P peut être désaluminée ou débarrassée de son métal T, au moins en partie. La composition peut être également obtenue par mélange mécanique d'un premier produit contenant une matrice et une autre zéolithe? une zéolithe Y par exemple, et d'un second produit comprenant la zéolithe IM-5 modifiée en ajoutant du phosphore, au moins en partie sous forme hydrogène, décrite ci-avant avec une matrice qui peutêtre identique ou différente de celle contenue dans ledit premier produit. Ce mélange mécanique est habituellement effectué avec des produits séchés. Le séchage des produits est de préférence effectué par atomisation (Spray-drying), par exemple à une température de 100 à 500 C, Thus, the composition can be obtained, for example by simultaneous incorporation of the IM-5 zeolite modified with phosphorus, at least in part in hydrogen form, and of zeolite Y according to the conventional methods for the preparation of cracking catalysts containing a zeolite. The IM5-P zeolite can be dealuminated or stripped of its metal T, at least in part. The composition can also be obtained by mechanical mixing of a first product containing a matrix and another zeolite? a Y zeolite for example, and a second product comprising the IM-5 zeolite modified by adding phosphorus, at least partially in hydrogen form, described above with a matrix which may be identical or different from that contained in said first product. This mechanical mixing is usually carried out with dried products. The drying of the products is preferably carried out by spray-drying, for example at a temperature of 100 to 500 ° C.,
habituellement durant 0, 1 à 30 secondes. usually for 0, 1 to 30 seconds.
Après séchage par atomisation, ces produits peuvent encore contenir environ I à 30% en After spray drying, these products may still contain about I to 30% by
poids de matière volatile (eau et ammoniac). weight of volatile matter (water and ammonia).
La composition catalytique ainsi préparée et utilisée en craquage peut renfermer: a) de 0 à 60%, par exemple de 0,1 à 60%, de préférence de 4 à 50% et de manière encore plus préférée de 10 à 40% en poids d'au moins une zéolithe autre que la zéolithe au phosphore selon l'invention et de préférence la zéolithe Y de structure faujasite, b) de 0, 1O à 97%, de préférence de 0,05 à 40% et de manière encore plus préférée de 0, à 20% d'au moins une zéolithe IM-5-P au moins en partie sous forme hydrogène, ayant les caractéristiques données ci-avant et, c) au moins 3% d'au moins une matrice et de préférence au moins 20 % et par The catalytic composition thus prepared and used in cracking may contain: a) from 0 to 60%, for example from 0.1 to 60%, preferably from 4 to 50% and even more preferably from 10 to 40% by weight at least one zeolite other than the phosphorus zeolite according to the invention and preferably the zeolite Y of faujasite structure, b) from 0.10 to 97%, preferably from 0.05 to 40% and even more preferred from 0, to 20% of at least one IM-5-P zeolite at least partly in hydrogen form, having the characteristics given above and, c) at least 3% of at least one matrix and preferably at least 20% and by
exemple 40 à 70%.example 40 to 70%.
Les conditions générales des réactions de craquage catalytique sont particulièrement bien connues pour ne pas être répétées ici dans le cadre de la présente invention (voir par The general conditions of catalytic cracking reactions are particularly well known not to be repeated here in the context of the present invention (see
exemple les brevets US-A-3 293 192, 3 449 070, 4 415 438, 3 518 051 et 3 607 043). for example the patents US-A-3,293,192, 3,449,070, 4,415,438, 3,518,051 and 3,607,043).
Dans le but de produire la plus grande quantité possible d'hydrocarbures gazeux à trois et/ou quatre atomes de carbone par molécule, et notamment de propylène et de butènes, il est parfois avantageux d'augmenter légèrement la température à laquelle on effectue le craquage, par exemple de 10 à 50 C. Le catalyseur de la présente invention est cependant dans la majorité des cas suffisamment actif pour qu'une telle augmentation de température ne soit pas nécessaire. Dans des conditions très sévères d'utilisation pour maximiser la production de propylène, le temps de contact peut être élevé: 10.000 à 60.000 In order to produce the greatest possible quantity of gaseous hydrocarbons with three and / or four carbon atoms per molecule, and in particular propylene and butenes, it is sometimes advantageous to slightly increase the temperature at which the cracking is carried out. , for example from 10 to 50 C. The catalyst of the present invention is however in the majority of cases sufficiently active so that such a temperature increase is not necessary. In very severe conditions of use to maximize the production of propylene, the contact time can be high: 10,000 to 60,000
millisecondes environ.approximately milliseconds.
Les conditions de craquage catalytique peuvent être alors les suivantes: temps de contact compris entre 10 et 60.000 millisecondes rapport pondéral catalyseur sur charge (C/O) compris entre 0,5 et 50 15. température de réaction 400 C à 800 C pression 0,5 à 10 bar (1 bar = 105 Pa) The catalytic cracking conditions can then be as follows: contact time between 10 and 60,000 milliseconds catalyst weight ratio on charge (C / O) between 0.5 and 50 15. reaction temperature 400 C at 800 C pressure 0, 5 to 10 bar (1 bar = 105 Pa)
Les exemples suivants illustrent la présente invention sans toutefois en limiter la portée. The following examples illustrate the present invention without, however, limiting its scope.
Exemple 1: Préparation de la zéolithe IM-5-P - Craquage du n-décane: L'échantillon IM-5 de départ a été utilisé sous forme acide et sans structurant. La préparation est faite en 5 étapes: 1. La zéolithe sous forme de poudre est dispersée dans une solution aqueuse dans un récipient contenant: * eau (désionisée) avec un rapport pondérai liquide/solide = 10 g/g * X %poids de phosphore sous forme de phosphate d'ammonium de formule chimique NIH4H2P04, X étant le pourcentage de phosphore visé. Par exemple, pour 1 g de zéolithe: - 1Og d'eau - 0,0375*X g NH4H2P04. (pureté égale à 99%) Example 1: Preparation of the IM-5-P zeolite - Cracking of n-decane: The starting IM-5 sample was used in acid form and without structuring. The preparation is carried out in 5 steps: 1. The zeolite in powder form is dispersed in an aqueous solution in a container containing: * water (deionized) with a liquid / solid weight ratio = 10 g / g * X% by weight of phosphorus in the form of ammonium phosphate of chemical formula NIH4H2P04, X being the percentage of phosphorus targeted. For example, for 1 g of zeolite: - 1Og of water - 0.0375 * X g NH4H2P04. (purity equal to 99%)
17 279411617 2794116
2. Le mélange bien dispersé est placé dans un évaporateur rotatif sous vide maintenu à une température de 80 C. La pression est réglée de façon à éviter une ébullition trop 2. The well dispersed mixture is placed in a rotary vacuum evaporator maintained at a temperature of 80 C. The pressure is adjusted so as to avoid boiling too much
rapide: le mélange doit être sec au bout de! heure environ. fast: the mixture must be dry after! about an hour.
3. Séchage au four à 100 C pendant une nuit. 3. Dry in the oven at 100 ° C overnight.
4. L'échantillon sec est pastillé, broyé et tamisé à 0.59-0,84 mm. 5. Les 5 échantillons de zéolithe IM5 contenant 0, 0,5, 1, 2, 3 et 4 %poids de phosphore sont finalement calcinés sous 100% de vapeur d'eau à 750 C pendant 5 heures (étape 4. The dry sample is pelletized, ground and sieved to 0.59-0.84 mm. 5. The 5 samples of IM5 zeolite containing 0, 0.5, 1, 2, 3 and 4% by weight of phosphorus are finally calcined under 100% steam at 750 C for 5 hours (step
hydrothermique aussi appelée steaming). hydrothermal also called steaming).
Caractéristiques physico-chimiques des IM-5-P: La cristallinité mesurée par Diffraction des Rayons X (DRX) et la surface BET de 5 échantillons obtenus après les 5 étapes ainsi que l'échantillon de départ (frais) sont reportées dans le tableau suivant: IM-5-P Cristallinité DRX Surface BE m2' Teneur en P % 0 frais 100% 352 Physico-chemical characteristics of IM-5-P: The crystallinity measured by X-ray diffraction (DRX) and the BET surface of 5 samples obtained after the 5 steps as well as the starting sample (fresh) are shown in the following table : IM-5-P DRX crystallinity Surface BE m2 'P content 0% fresh 100% 352
0,5 95.9% 2850.5 95.9% 285
l 91,0% 279l 91.0% 279
2 82,1% 2672 82.1% 267
3 77,3% 262377.3% 262
4 71,2% 2314 71.2% 231
Les spectres DRX des 6 échantillons sont très semblables et présentent les raies The DRX spectra of the 6 samples are very similar and show the lines
caractéristiques d'un échantillon de IM-5 décrite dans la demande de brevet français FR- characteristics of a sample of IM-5 described in the French patent application FR-
2.754.809. En particulier, les échantillons contenant du phosphore ne présentent pas de 2.754.809. In particular, samples containing phosphorus do not show any
raies caractéristiques correspondant à l'addition de phosphore. characteristic lines corresponding to the addition of phosphorus.
Les surfaces BET montrent que tous les échantillons ont une très bonne cristallinité qui The BET surfaces show that all the samples have a very good crystallinity which
décroît légèrement lorsque la teneur en phosphore augmente. decreases slightly as the phosphorus content increases.
18 279411618 2794116
Exemple 2: Préparation de 6 catalyseurs avec et sans phosphore et craquage du n- Example 2: Preparation of 6 catalysts with and without phosphorus and cracking of n-
décane: Les catalyseurs sont préparés en mélangeant 0.5g de zéolithe avec ou sans phosphore avec 2.5g de silice SiO2 (BASF D-l l- 11). Cette silice a été préalablement calcinée à 800 C pendant 1 1 heures sous air et sa surface spécifique est alors de 97m2/g. Les 6 catalyseurs préparés avec les zéolithes IM-5 contenant 0, 0,5, 1, 2, 3 et 4% poids de phosphore sont évalués dans un test de craquage du n-décane à 500 C dans une micro-unité decane: The catalysts are prepared by mixing 0.5g of zeolite with or without phosphorus with 2.5g of silica SiO2 (BASF D-1 l-11). This silica was previously calcined at 800 C for 11 hours in air and its specific surface is then 97 m 2 / g. The 6 catalysts prepared with IM-5 zeolites containing 0, 0.5, 1, 2, 3 and 4% by weight of phosphorus are evaluated in a cracking test of n-decane at 500 C in a micro-unit
de test (unité MAT). Le temps d'injection est de 60 secondes. test (MAT unit). The injection time is 60 seconds.
Pour chaque catalyseur, trois expériences sont réalisées en faisant varier la masse de décane injectée (1,54, 0,906 et 0,77g de n-décane). Nous avons reporté dans le tableau ci-dessous For each catalyst, three experiments are carried out by varying the mass of decane injected (1.54, 0.906 and 0.77 g of n-decane). We have reported in the table below
la constante cinétique de premier ordre calculée à partir des résultats de conversion. the first order kinetic constant calculated from the conversion results.
%P (ex-NH4H2PO4) k'*10-2(s-I)% P (ex-NH4H2PO4) k '* 10-2 (s-I)
0 1,550 1.55
0,5 2,220.5 2.22
1 3,651 3.65
2 5,42 5.4
3 4,333 4.33
4 1,854 1.85
Comme nous pouvons le constater, les meilleurs résultats sont obtenus pour une teneur en As we can see, the best results are obtained for a content of
phosphore comprise entre 2 et 3% poids. phosphorus between 2 and 3% by weight.
Exemple 3: Craquage du gas-oil sous-vide: Trois catalyseurs sont préparés pour comparaison en craquage de gas-oil. Pour chacun d'entre eux, on utilise de la zéolithe Y ultrastable (USY) de paramètre cristallin égal à 2,432 nm. On ajoute une quantité d'additif (matrice et zéolithe) (ZSM-5 pour comparaison, IM-5 sans phosphore et IM-5 avec 2% poids de phosphore préparé selon l'exemple 1) telle que le rapport pondérai " zéolithe Y/additif " = 3. Les rapports Si/Ai de la ZSM-5 et de l'IM-5-P sont respectivement égaux à 20 et à 12. Ensuite, les catalyseurs sont calcinés sous 100% de vapeur d'eau (steaming) à 750 C pendant 5 heures. La masse totale de catalyseur utilisée Example 3: Cracking of diesel fuel in vacuum: Three catalysts are prepared for comparison in cracking of diesel fuel. For each of them, ultrastable Y zeolite (USY) with a crystalline parameter equal to 2.432 nm is used. Adding an amount of additive (matrix and zeolite) (ZSM-5 for comparison, IM-5 without phosphorus and IM-5 with 2% by weight of phosphorus prepared according to Example 1) such that the weight ratio "zeolite Y / additive "= 3. The Si / Ai ratios of ZSM-5 and IM-5-P are 20 and 12 respectively. Then, the catalysts are calcined under 100% steam (steaming) at 750 C for 5 hours. The total mass of catalyst used
est de 3 grammes pour chaque expérience. is 3 grams for each experiment.
s Dans le tableau ci-dessous, nous avons reporté les principales caractéristiques du gas-oil sous vide utilisé Densité à 60 C 0.916 s In the table below, we have reported the main characteristics of the vacuum diesel used Density at 60 C 0.916
K-UOP 11.84K-UOP 11.84
Indice de réfraction à 67 C 1.4932 Soufre (%poids) 2.7 Azote (%poids) 0.15 Carbone Conradson (%poids) 0.09 Point d'aniline ( C) 76 Na (ppm) < 0.05 Cu (ppb) 30 Ni (ppb) 30 V (ppb) < 25 Fe (ppm) 0.5 Poids moléculaire moyen 405 Courbe de Distillation ( C) ASTM D1 160 Refractive index at 67 C 1.4932 Sulfur (% by weight) 2.7 Nitrogen (% by weight) 0.15 Conradson carbon (% by weight) 0.09 Aniline point (C) 76 Na (ppm) <0.05 Cu (ppb) 30 Ni (ppb) 30 V (ppb) <25 Fe (ppm) 0.5 Average molecular weight 405 Distillation curve (C) ASTM D1 160
% 400% 400
% 411% 411
% 425% 425
% 449% 449
% 489% 489
Les performances des trois catalyseurs ont été évaluées en craquage du gas-oil sous vide à 520 C. Pour un temps d'injection de 30 secondes, la masse de gas-oil sous-vide injecté a été de 4, 3.5, 3, 2.5 et 2 grammes tandis que la masse de catalyseur reste constante et égale à 3.0 grammes. La conversion est donnée comme étant égale à 100 - (%LCO + % suspension) Les valeurs reportées dans le tableau ci-dessous correspondent à des rendements exprimés en % poids. Il s'agit de valeur extrapolées obtenues pour une conversion égale à 60% environ. Catalyseur ZSM-5 IM-5 IM-5/2%P Gaz secs 3,8 3,1 2,1 The performance of the three catalysts was evaluated by cracking the vacuum diesel oil at 520 C. For an injection time of 30 seconds, the mass of vacuum vacuum diesel oil injected was 4, 3.5, 3, 2.5 and 2 grams while the mass of catalyst remains constant and equal to 3.0 grams. The conversion is given as being equal to 100 - (% LCO +% suspension) The values given in the table below correspond to yields expressed in% by weight. These are extrapolated values obtained for a conversion of approximately 60%. Catalyst ZSM-5 IM-5 IM-5/2% P Dry gases 3.8 3.1 2.1
LPG 21,9 19,1 16,8LPG 21.9 19.1 16.8
Essence 29,6 33,6 34,2 Coke 6,5 6,2 4,3 Conversion 61,8 62,0 57,4 Petrol 29.6 33.6 34.2 Coke 6.5 6.2 4.3 Conversion 61.8 62.0 57.4
LCO 6,9 7,2 10,5LCO 6.9 7.2 10.5
Suspension 31,3 30,8 32,1Suspension 31.3 30.8 32.1
C3=/C3 1,2 1,4 2,2C3 = / C3 1.2 1.4 2.2
C4=/C4 0,4 0,5 0,8C4 = / C4 0.4 0.5 0.8
Comme nous pouvons le constater d'après ce tableau, l'ajout de phosphore permet de réduire notablement le rendement en gaz secs (H2, Ci et C2) et en coke tandis que les As we can see from this table, the addition of phosphorus significantly reduces the yield of dry gases (H2, Ci and C2) and coke while the
teneurs en oléfines légères C3 et C4 sont nettement améliorées. contents of light olefins C3 and C4 are markedly improved.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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